JP2004233939A

JP2004233939A - Zoom lens

Info

Publication number: JP2004233939A
Application number: JP2003028495A
Authority: JP
Inventors: Ukyo Tomioka; 右恭富岡
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: JP4283553B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a zoom lens which is relatively bright and is well subjected to aberration correction from a visible region to a near IR region. <P>SOLUTION: The zoom lens of four-group configuration (G1 to G4) of positive, negative, positive, and positive, successively from an object side, is well corrected in axial chromatic aberration from the visible region to the near IR region by especially satisfying conditional expressions (1) to (3). Further, the lens is made compact by satisfying conditional expression (4). In the respective expressions, nd2 represents the refractive indices of the second lens L12 to a d ray; vd1 and vd2 represent Abbe numbers to the d ray of the first and second lenses L11 and L12; f1 represents synthetic focal length of primary iens group G1; fw represents the focal length of the entire system at a wide angle end. However, the conditional expression (1): vd1<45, the conditional expression (2): nd2<1.52, the conditional expression (3): vd2>63, the conditional expression (4): 6<f1/fw<15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に監視用に用いられるズームレンズに関し、特に、可視域および近赤外域の双方において使用可能なズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主に監視用のために、昼夜兼用のカメラが開発されている。それに伴い、昼夜兼用のカメラに適する可視域・近赤外域両用レンズの需要が高まってきている。一方で、従来より、可視域用のズームレンズは数多く設計されている。可視域用のズームレンズとしては、例えば以下の公報記載のものがある。この公報記載のレンズは、４群ズーム方式で、ズーム比が１０倍程度となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９４５９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可視域用に設計された従来のレンズ系では、特に、近赤外領域において色収差が発生し、夜間の近赤外領域での撮影の際にピントずれを起こしてしまうという問題がある。このため、可視域・近赤外域の両域において良好に収差補正がなされたレンズの開発が望まれている。また、監視用カメラには、特に夜間の撮影のために、より明るいレンズ系が望まれている。また、ユーザの多様なニーズに対応するためにも、可視域・近赤外域の両域においてズーム比１０倍程度を実現できるズームレンズの開発が望まれている。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的明るく、可視域から近赤外域まで良好に収差補正のなされたズームレンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備えている。そして、第２レンズ群を光軸上で移動させることにより変倍を行い、それに伴う像面変動の補正を第４レンズ群を光軸上で移動させることにより行うようになされ、第１レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１のレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第２のレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３のレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４のレンズとの４枚のレンズにより構成され、かつ、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。
【０００７】
νｄ１＜４５ ……（１）
ｎｄ２＜１．５２ ……（２）
νｄ２＞６３ ……（３）
ただし、ｎｄ２は、第１レンズ群における第２のレンズのｄ線に対する屈折率、νｄ１は、第１レンズ群における第１のレンズのｄ線に対するアッベ数、νｄ２は、第１レンズ群における第２のレンズのｄ線に対するアッベ数を示す。
【０００８】
本発明によるズームレンズでは、上記した構成にすることにより、比較的明るく、可視域から近赤外域まで良好に収差補正が行われる。特に、条件式（１）〜（３）を満足することにより、近赤外領域における軸上色収差の発生を抑えやすくなる。また特に、４群タイプのズーム方式で、第１レンズ群の各レンズを上記した構成にすることにより、明るく、高変倍比（例えば１０倍程度）のレンズが実現しやすくなる。
【０００９】
ここで、本発明によるズームレンズはさらに、以下の条件式（４）を満足するように構成されていることが望ましい。ただし、式（４）において、ｆ１は、第１レンズ群の合成焦点距離を示し、ｆｗは、広角端における全系の焦点距離を示す。条件式（４）を満足することにより、特に、色収差の発生を抑えつつ、レンズ系のコンパクト化が図られる。
６＜ｆ１／ｆｗ＜１５ ……（４）
【００１０】
また、本発明によるズームレンズにおいて、第４レンズ群は例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有する両凹形状の第２のレンズと、正の屈折力を有する第３のレンズと、正の屈折力を有する第４のレンズとの４枚のレンズにより構成することができる。
【００１１】
また、本発明によるズームレンズは、第３レンズ群および第４レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群中に、少なくとも１面以上が非球面形状となっている非球面レンズが含まれていることが望ましい。これにより、特に、球面収差の補正をしやすくなり、明るいＦナンバーを確保しやすいなどの利点がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係るズームレンズの構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図３および図４）のレンズ構成に対応している。また、図２は、本実施の形態に係るズームレンズの他の構成例を示している。図２の構成例は、後述の第２の数値実施例（図５および図６）のレンズ構成に対応している。なお、図１および図２において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２７または１〜２５）の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。符号Ｄｉとしては、変倍のために可変となる面間隔の部分のみ示す。Ｓｉｍｇは、結像位置を示す。なお、以下では、図１に示したズームレンズの構成を基本にして説明する。
【００１４】
このズームレンズは、可視域および近赤外域の双方において使用可能なものであり、例えば昼夜兼用の監視カメラなどに搭載して好適なものである。このズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。このズームレンズの結像面Ｓｉｍｇには、例えば、図示しないＣＣＤ（電荷結合素子）またはＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｎｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などを用いた撮像素子が配置される。第４レンズ群Ｇ４と結像面Ｓｉｍｇとの間には、撮像面を保護するためのカバーガラスＬｃが配置されている。第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には、絞りＳｔが配置されている。
【００１５】
このズームレンズは、第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４とを光軸上で移動させることにより変倍を行うようになっている。より具体的には、第２レンズ群Ｇ２を光軸上で移動させることにより変倍が行われ、それに伴う像面変動の補正が第４レンズ群Ｇ４を光軸上で移動させることにより行われるようになっている。第２レンズ群Ｇ２と第４レンズ群Ｇ４は、広角端から望遠端へと変倍させるに従い、図１および図２において矢印で示したように移動する。
【００１６】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側より順に、負の屈折力を有する第１のレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第２のレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３のレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４のレンズＬ１４との４枚のレンズにより構成されている。
【００１７】
第１レンズ群Ｇ１はまた、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。ただし、ｎｄ２は、第２のレンズＬ１２のｄ線に対する屈折率、νｄ１は、第１のレンズＬ１２のｄ線に対するアッベ数、νｄ２は、第２のレンズＬ１２のｄ線に対するアッベ数を示す。
【００１８】
νｄ１＜４５ ……（１）
ｎｄ２＜１．５２ ……（２）
νｄ２＞６３ ……（３）
【００１９】
このズームレンズはさらに、以下の条件式（４）を満足するように構成されていることが望ましい。ただし、式（４）において、ｆ１は、第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離を示し、ｆｗは、広角端における全系の焦点距離を示す。
６＜ｆ１／ｆｗ＜１５ ……（４）
【００２０】
第１レンズ群Ｇ１における第１のレンズＬ１１は例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。なお、第１のレンズＬ１１を、図２の構成例における第１のレンズＬ１１Ａのように、両凹形状にしても良い。第２のレンズＬ１２は例えば、両凸形状となっている。第１のレンズＬ１１と第２のレンズＬ１２は、例えば接合レンズとなっている。第３のレンズＬ１３は例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。第４のレンズＬ１４は例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。
【００２１】
第２レンズ群Ｇ２は例えば、物体側から順に、負の屈折力を有する第１のレンズＬ２１、負の屈折力を有する第２のレンズＬ２２、および正の屈折力を有する第３のレンズＬ２３の３枚のレンズによって構成されている。
【００２２】
第２レンズ群Ｇ２における第１のレンズＬ２１は例えば、両凹形状となっている。第２のレンズＬ２２は例えば、両凹形状となっている。第３のレンズＬ２３は例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状となっている。第２のレンズＬ２２と第３のレンズＬ２３は、例えば接合レンズとなっている。
【００２３】
第３レンズ群Ｇ３は例えば、物体側から順に、第１のレンズＬ３１および第２のレンズＬ３２の２枚のレンズによって構成されている。なお、図２の構成例のように、第３レンズ群Ｇ３を、１枚のレンズＬ３１Ａのみで構成することもできる。
【００２４】
第４レンズ群Ｇ４は例えば、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第１のレンズＬ４１と、負の屈折力を有する両凹形状の第２のレンズＬ４２と、正の屈折力を有する第３のレンズＬ４３と、正の屈折力を有する第４のレンズＬ４４との４枚のレンズにより構成されている。
【００２５】
ここで、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４のうち、少なくとも１つのレンズ群中に、少なくとも１面以上が非球面形状となっている非球面レンズが含まれていることが望ましい。例えば、第３レンズ群中において最も物体側にあるレンズＬ３１（またはレンズＬ３１Ａ（図２））の両面を非球面形状にすることが望ましい。また例えば、第４レンズ群中において最も像面側にあるレンズＬ４４の両面を非球面形状にすることが望ましい。
【００２６】
第３レンズ群Ｇ３における第１のレンズＬ３１（またはレンズＬ３１Ａ（図２））は例えば、光軸近傍において物体側に凸面を向けた正の非球面レンズとなっている。第２のレンズＬ３２は例えば、物体側に凸面を向けた正レンズとなっている。
【００２７】
第４レンズ群Ｇ４における第１のレンズＬ４１は例えば、両凸形状となっている。第２のレンズＬ４２は例えば、両凹形状となっている。第３のレンズＬ４３は例えば、両凸形状となっている。第４のレンズＬ４４は例えば、光軸近傍において両凸形状の非球面レンズとなっている。
【００２８】
次に、以上のように構成されたズームレンズの作用および効果を説明する。
【００２９】
このズームレンズは、物体側から順に、正、負、正、正の４群構成となっており、第１レンズ群Ｇ１で収束させた光束を第２レンズ群Ｇ２で発散させ、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４で再び収束させる。変倍の際には、第２レンズ群Ｇ２が光軸上で移動する。それに伴う像面変動の補正は、第４レンズ群Ｇ４が光軸上で移動することにより行われる。
【００３０】
第１レンズ群Ｇ１において、第１のレンズＬ１１と第２のレンズＬ１２とを接合レンズにすることにより、特に軸上色収差の発生が抑えられる。また、第２のレンズＬ１２、第３のレンズＬ１３、および第４のレンズＬ１４の物体側の面を凸面にすることにより、特に、球面収差の発生が抑えられる。
【００３１】
条件式（１）〜（３）は、色消しに関わる第１のレンズＬ１１および第２のレンズＬ１２の適切な硝種の条件を規定している。条件式（１）〜（３）を満足するようにして硝種を適切に選択することにより、特に、可視域から近赤外域まで軸上色収差を良好に補正することができる。これにより、可視域・近赤外域両用レンズを容易に実現できる。
【００３２】
条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１と広角端における全系の焦点距離ｆｗとの比ｆ１／ｆｗの適切な範囲を規定している。条件式（４）を満足することにより、特に、色収差の発生を抑えつつ、レンズ系のコンパクト化を図ことができる。条件式（４）の上限を超えると、第１レンズ群Ｇ１の正のパワーが弱くなり、全長の増大を招く。下限を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の正のパワーが強くなりすぎ、色収差の補正が困難となる。
【００３３】
このズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３および第４レンズ群Ｇ４のうち、少なくとも１つのレンズ群中に、少なくとも１面以上が非球面形状の非球面レンズを含めることで、特に、球面収差の補正をしやすくなり、明るいＦナンバーを確保しやすくなる。特に、例えば第４レンズ群Ｇ４の第４のレンズＬ４４の両面を非球面形状にすると、大きな効果が得られる。
【００３４】
また、第３レンズ群Ｇ３を２枚構成にすることで、１枚構成の場合（図２）に比べて、軸上色収差を補正しやすくなる。
【００３５】
第４レンズ群Ｇ４において、第１のレンズＬ４１の物体側の面を凸面にすることにより、特に、球面収差の発生を抑えやすくなる。また、負の屈折力を有する両凹形状の第２のレンズＬ４２と正の屈折力を有する第３のレンズＬ４３とを配置することで、倍率色収差の発生を抑えやすくなる。
【００３６】
このように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、物体側から順に、正、負、正、正の４群構成のズームレンズにおいて、特に条件式（１）〜（３）を満足するように硝種を適切に選択することにより、可視域から近赤外域まで軸上色収差を良好に補正することができる。さらに、条件式（４）を満足することにより、色収差の発生を抑えつつ、レンズ系のコンパクト化を図りやすくなる。また、第１レンズ群Ｇ１を、物体側より順に、負の屈折力を有する第１のレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第２のレンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３のレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４のレンズＬ１４との４枚のレンズにより構成することで、明るく、高変倍比（例えば１０倍程度）のレンズが実現しやすくなる。
【００３７】
このようにして、比較的明るく、可視域から近赤外域まで良好に収差補正のなされたズームレンズを実現できる。
【００３８】
【実施例】
次に、本実施の形態に係るズームレンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１および第２の数値実施例（実施例１，２）をまとめて説明する。図３および図４（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例１）を示している。また、図５および図６（Ａ），（Ｂ）は、図２に示したズームレンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例２）を示している。図３および図５には、その実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図４（Ａ），（Ｂ）および図６（Ａ），（Ｂ）には、その他の諸データを示す。
【００３９】
各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例のズームレンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜２７または１〜２５）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１および図２で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１および図２で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。ｎｄｉの欄には、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との間におけるｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率の値を示す。νｄｊの欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１４または１〜１３）のレンズ要素のｄ線に対するアッベ数の値を示す。
【００４０】
図４（Ａ）および図６（Ａ）には、諸データとして、広角端、中間域（中間焦点距離状態）および望遠端における全系の焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ．）、および画角２ω（ω：半画角）の値を示す。また、変倍のために可変となる面間隔のデータ（Ｄ７，Ｄ１２，Ｄ１７，Ｄ２５（図４（Ａ））またはＤ７，Ｄ１２，Ｄ１５，Ｄ２３（図６（Ａ）））も示す。
【００４１】
図３および図５の各レンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面であることを示す。実施例１のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３における第１のレンズＬ３１の両面（第１４面および第１５面）と、第４レンズ群Ｇ４における第４のレンズＬ４４の両面（第２４面および第２５面）とが非球面形状となっている。実施例２のズームレンズでは、第３レンズ群Ｇ３における第１のレンズＬ３１Ａの両面（第１４面および第１５面）と、第４レンズ群Ｇ４における第４のレンズＬ４４の両面（第２２面および第２３面）とが非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸領域）の曲率半径の数値を示している。
【００４２】
図４（Ｂ）および図６（Ｂ）の各非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^−２」であることを示す。
【００４３】
各非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_ｉ，κの値を記す。
ただし、
ｈ：光軸に垂直な方向の高さ（ｍｍ）
Ｘ：光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ｒ：近軸曲率半径（ｍｍ）
κ：円錐係数
Ａ_ｉ：第ｉ次（ｉ＝４，６，８，１０）の非球面係数
【００４４】
【数１】

【００４５】
図７は、上述の条件式（１）〜（４）に対応する値を、各実施例について示したものである。図７に示したように、各実施例の値が、条件式（１）〜（４）の範囲内となっている。
【００４６】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１のズームレンズにおける広角端での球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、中間域（中間焦点距離状態）での球面収差、非点収差、およびディストーションを示している。図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、望遠端での球面収差、非点収差、およびディストーションを示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差については近赤外域（８８０ｎｍ）についての収差も同時に示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。
【００４７】
同様に、実施例２についての諸収差を図１１（Ａ）〜（Ｃ）（広角端）、図１２（Ａ）〜（Ｃ）（中間域）および図１３（Ａ）〜（Ｃ）（望遠端）に示す。
【００４８】
以上の各レンズデータおよび各収差図から分かるように、各実施例について、約１０倍の高変倍比を実現できており、また、可視域から近赤外域まで良好に収差補正が行われている。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のズームレンズによれば、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群とを備え、第２レンズ群を光軸上で移動させることにより変倍を行い、それに伴う像面変動の補正を第４レンズ群を光軸上で移動させることにより行うようになされた４群タイプのズームレンズであって、第１レンズ群を、物体側より順に、負の屈折力を有する第１のレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第２のレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３のレンズと、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有する第４のレンズとの４枚のレンズにより構成し、かつ、第１および第２のレンズの硝種に関わる各条件式（１）〜（３）を満足し、硝種の選択を適切に行うようにしたので、比較的明るく、可視域から近赤外域まで良好に収差補正のなされたズームレンズを実現できる。
【００５１】
また特に、請求項２記載のズームレンズによれば、さらに、第１レンズ群の合成焦点距離ｆ１と広角端における全系の焦点距離ｆｗとの比に関して所定の条件式（４）を満足するようにしたので、特に、色収差の発生を抑えつつ、レンズ系のコンパクト化を図りやすくなる。
【００５２】
特に、請求項４記載のズームレンズによれば、第３レンズ群および第４レンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群中に、少なくとも１面以上が非球面形状となっている非球面レンズを含めるようにしたので、特に、球面収差の補正をしやすくなり、明るいＦナンバーを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るズームレンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るズームレンズの他の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。
【図３】実施例１に係るズームレンズの基本的なレンズデータを示す図である。
【図４】実施例１に係るズームレンズの諸データを示す図である。
【図５】実施例２に係るズームレンズの基本的なレンズデータを示す図である。
【図６】実施例２に係るズームレンズの諸データを示す図である。
【図７】各実施例に係るズームレンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図８】実施例１に係るズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図９】実施例１に係るズームレンズの中間域（中間焦点距離状態）における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１０】実施例１に係るズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１１】実施例２に係るズームレンズの広角端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１２】実施例２に係るズームレンズの中間域（中間焦点距離状態）における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図１３】実施例２に係るズームレンズの望遠端における球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【符号の説明】
Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、Ｌｃ…カバーガラス、Ｚ１…光軸、Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１，Ｌ３３，Ｌ４１〜Ｌ４４…レンズ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a zoom lens mainly used for monitoring, and more particularly to a zoom lens that can be used in both a visible region and a near-infrared region.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, day and night cameras have been developed mainly for monitoring. Along with this, the demand for a visible / near-infrared dual-use lens suitable for day and night cameras has been increasing. On the other hand, conventionally, many zoom lenses for the visible range have been designed. As a zoom lens for the visible range, there is, for example, one described in the following publication. The lens described in this publication is a four-group zoom system and has a zoom ratio of about 10 times.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-194590
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional lens system designed for the visible region has a problem that chromatic aberration occurs particularly in the near-infrared region, causing a focus shift at the time of shooting in the near-infrared region at night. For this reason, there is a demand for the development of a lens in which aberration is well corrected in both the visible region and the near infrared region. Further, a brighter lens system is desired for the surveillance camera, especially for nighttime photographing. Further, in order to meet various needs of users, development of a zoom lens capable of realizing a zoom ratio of about 10 times in both the visible region and the near infrared region is desired.
[0005]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a zoom lens that is relatively bright and that has been properly corrected for aberrations from a visible region to a near-infrared region.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The zoom lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a positive lens group. A fourth lens group having a refractive power. Then, zooming is performed by moving the second lens group on the optical axis, and the correction of image plane fluctuation accompanying the zooming is performed by moving the fourth lens group on the optical axis. Are, in order from the object side, a first lens having a negative refractive power, a second lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, and a positive refractive power with a convex surface facing the object side. And a fourth lens having a positive refractive power with the convex surface facing the object side, and satisfy the following conditional expressions (1) to (3). It is configured as follows.
[0007]
νd1 <45 (1)
nd2 <1.52 (2)
νd2> 63 (3)
Here, nd2 is the refractive index of the second lens in the first lens group with respect to the d line, νd1 is the Abbe number of the first lens in the first lens group with respect to the d line, and νd2 is the second Abbe number of the first lens group in the first lens group. Shows the Abbe number of the lens with respect to the d-line.
[0008]
In the zoom lens according to the present invention, by adopting the above-described configuration, the aberration is relatively bright, and the aberration correction is favorably performed from the visible region to the near infrared region. In particular, by satisfying conditional expressions (1) to (3), it becomes easy to suppress the occurrence of axial chromatic aberration in the near infrared region. Further, in particular, by using the four-group zoom system and each lens of the first lens group having the above-described configuration, it is easy to realize a bright lens having a high zoom ratio (for example, about 10 times).
[0009]
Here, it is preferable that the zoom lens according to the present invention is further configured to satisfy the following conditional expression (4). However, in equation (4), f1 represents the combined focal length of the first lens group, and fw represents the focal length of the entire system at the wide-angle end. By satisfying conditional expression (4), it is possible to reduce the size of the lens system while suppressing the occurrence of chromatic aberration.
6 <f1 / fw <15 (4)
[0010]
In the zoom lens according to the present invention, for example, the fourth lens group includes, in order from the object side, a first lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, and a biconcave shape having a negative refractive power. It can be composed of four lenses, a second lens, a third lens having a positive refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power.
[0011]
In the zoom lens according to the present invention, at least one of the third lens group and the fourth lens group includes an aspheric lens having at least one aspheric surface. Is desirable. Thereby, there are advantages that the spherical aberration can be easily corrected and a bright F-number can be easily secured.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows a configuration example of a zoom lens according to an embodiment of the present invention. This configuration example corresponds to the lens configuration of a first numerical example (FIGS. 3 and 4) described later. FIG. 2 shows another configuration example of the zoom lens according to the present embodiment. The configuration example of FIG. 2 corresponds to a lens configuration of a second numerical example (FIGS. 5 and 6) described later. Note that in FIGS. 1 and 2, reference numeral Ri denotes an ith (i) number that is given as a surface of a component closest to the object side and increases sequentially toward the image side (imaging side). = 1 to 27 or 1 to 25). The symbol Di indicates a surface interval on the optical axis between the i-th surface and the (i + 1) -th surface. As the symbol Di, only the portion of the surface interval that is variable for zooming is shown. Simg indicates an imaging position. The following description is based on the configuration of the zoom lens shown in FIG.
[0014]
This zoom lens can be used in both the visible region and the near-infrared region, and is suitably mounted on, for example, a day / night monitoring camera. This zoom lens includes, in order from the object side along the optical axis Z1, a first lens group G1 having a positive refractive power, a second lens group G2 having a negative refractive power, and a second lens group G2 having a positive refractive power. The zoom lens includes a third lens group G3 and a fourth lens group G4 having a positive refractive power. For example, an image sensor using a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Mental-Oxide Semiconductor) (not shown) is arranged on the imaging surface Simg of the zoom lens. A cover glass Lc for protecting the imaging surface is disposed between the fourth lens group G4 and the imaging surface Simg. An aperture stop St is arranged between the second lens group G2 and the third lens group G3.
[0015]
This zoom lens performs zooming by moving the second lens group G2 and the fourth lens group G4 on the optical axis. More specifically, zooming is performed by moving the second lens group G2 on the optical axis, and correction of the image plane variation accompanying the zooming is performed by moving the fourth lens group G4 on the optical axis. It has become. The second lens group G2 and the fourth lens group G4 move as indicated by arrows in FIGS. 1 and 2 as the magnification is changed from the wide-angle end to the telephoto end.
[0016]
The first lens group G1 includes, in order from the object side, a first lens L11 having a negative refractive power, a second lens L12 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, and a convex lens having a convex surface facing the object side. It is composed of four lenses: a third lens L13 having a positive refractive power and a fourth lens L14 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side.
[0017]
The first lens group G1 is also configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (3). Here, nd2 indicates the refractive index of the second lens L12 with respect to the d-line, νd1 indicates the Abbe number of the first lens L12 with respect to the d-line, and νd2 indicates the Abbe number of the second lens L12 with respect to the d-line.
[0018]
νd1 <45 (1)
nd2 <1.52 (2)
νd2> 63 (3)
[0019]
It is desirable that this zoom lens is further configured to satisfy the following conditional expression (4). However, in the equation (4), f1 represents the combined focal length of the first lens group G1, and fw represents the focal length of the entire system at the wide-angle end.
6 <f1 / fw <15 (4)
[0020]
The first lens L11 in the first lens group G1 has, for example, a meniscus shape with the convex surface facing the object side. Note that the first lens L11 may have a biconcave shape like the first lens L11A in the configuration example of FIG. The second lens L12 has, for example, a biconvex shape. The first lens L11 and the second lens L12 are, for example, cemented lenses. The third lens L13 has, for example, a meniscus shape with the convex surface facing the object side. The fourth lens L14 has, for example, a meniscus shape with the convex surface facing the object side.
[0021]
The second lens group G2 includes, for example, in order from the object side, a first lens L21 having a negative refractive power, a second lens L22 having a negative refractive power, and a third lens L23 having a positive refractive power. It is composed of three lenses.
[0022]
The first lens L21 in the second lens group G2 has, for example, a biconcave shape. The second lens L22 has, for example, a biconcave shape. The third lens L23 has, for example, a meniscus shape with the convex surface facing the object side. The second lens L22 and the third lens L23 are, for example, cemented lenses.
[0023]
The third lens group G3 includes, for example, two lenses of a first lens L31 and a second lens L32 in order from the object side. Note that, as in the configuration example of FIG. 2, the third lens group G3 may be configured with only one lens L31A.
[0024]
The fourth lens group G4 includes, for example, in order from the object side, a first lens L41 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, a biconcave second lens L42 having a negative refractive power, It is composed of four lenses, a third lens L43 having a positive refractive power and a fourth lens L44 having a positive refractive power.
[0025]
Here, it is preferable that at least one of the third lens group G3 and the fourth lens group G4 includes an aspheric lens having at least one aspheric surface. For example, it is desirable that both surfaces of the lens L31 (or the lens L31A (FIG. 2)) closest to the object side in the third lens group have an aspherical shape. In addition, for example, it is desirable that both surfaces of the lens L44 closest to the image plane in the fourth lens group have an aspherical shape.
[0026]
The first lens L31 (or the lens L31A (FIG. 2)) in the third lens group G3 is, for example, a positive aspheric lens having a convex surface facing the object near the optical axis. The second lens L32 is, for example, a positive lens having a convex surface facing the object side.
[0027]
The first lens L41 in the fourth lens group G4 has, for example, a biconvex shape. The second lens L42 has, for example, a biconcave shape. The third lens L43 has, for example, a biconvex shape. The fourth lens L44 is, for example, a biconvex aspheric lens near the optical axis.
[0028]
Next, the operation and effects of the zoom lens configured as described above will be described.
[0029]
This zoom lens has, in order from the object side, four groups of positive, negative, positive, and positive. A light beam converged by the first lens group G1 is diverged by the second lens group G2, and a third lens group is formed. The light is converged again by G3 and the fourth lens group G4. During zooming, the second lens group G2 moves on the optical axis. The correction of the image plane fluctuation accompanying it is performed by moving the fourth lens group G4 on the optical axis.
[0030]
In the first lens group G1, by forming the first lens L11 and the second lens L12 as cemented lenses, generation of axial chromatic aberration is particularly suppressed. In addition, by making the object-side surfaces of the second lens L12, the third lens L13, and the fourth lens L14 convex, in particular, occurrence of spherical aberration is suppressed.
[0031]
The conditional expressions (1) to (3) define conditions for appropriate glass types of the first lens L11 and the second lens L12 relating to achromatism. By appropriately selecting the glass type so as to satisfy the conditional expressions (1) to (3), axial chromatic aberration can be favorably corrected, particularly from the visible region to the near infrared region. As a result, a lens for both visible and near-infrared regions can be easily realized.
[0032]
Conditional expression (4) defines an appropriate range of the ratio f1 / fw between the focal length f1 of the first lens group G1 and the focal length fw of the entire system at the wide-angle end. By satisfying conditional expression (4), it is possible to reduce the size of the lens system while suppressing the occurrence of chromatic aberration. When the value exceeds the upper limit of conditional expression (4), the positive power of the first lens unit G1 becomes weak, and the total length is increased. Below the lower limit, the positive power of the first lens group G1 becomes too strong, and it becomes difficult to correct chromatic aberration.
[0033]
In this zoom lens, at least one of the third lens group G3 and the fourth lens group G4 includes an aspheric lens whose at least one surface has an aspheric shape, so that spherical aberration is corrected particularly. And it is easy to secure a bright F-number. Particularly, for example, when both surfaces of the fourth lens L44 of the fourth lens group G4 are aspheric, a great effect can be obtained.
[0034]
Further, by forming the third lens group G3 into two lenses, it becomes easier to correct the axial chromatic aberration as compared with the case of one lens (FIG. 2).
[0035]
In the fourth lens group G4, by making the object-side surface of the first lens L41 convex, it is particularly easy to suppress the occurrence of spherical aberration. Further, by disposing the biconcave second lens L42 having a negative refracting power and the third lens L43 having a positive refracting power, it becomes easy to suppress the occurrence of chromatic aberration of magnification.
[0036]
As described above, according to the zoom lens according to the present embodiment, in the order from the object side, the four-group zoom lens of positive, negative, positive, and positive particularly satisfies conditional expressions (1) to (3). By appropriately selecting the glass type in this way, axial chromatic aberration can be favorably corrected from the visible region to the near infrared region. Further, by satisfying conditional expression (4), it becomes easy to make the lens system compact while suppressing the occurrence of chromatic aberration. Further, the first lens group G1 includes, in order from the object side, a first lens L11 having a negative refractive power, a second lens L12 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, and a first lens L12 having a positive refractive power facing the object side. By using four lenses, ie, a third lens L13 having a positive refractive power with a convex surface facing and a fourth lens L14 having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, it is bright and high. A lens having a zoom ratio (for example, about 10 times) is easily realized.
[0037]
In this way, it is possible to realize a zoom lens that is comparatively bright and that has been properly corrected for aberrations from the visible region to the near infrared region.
[0038]
【Example】
Next, specific numerical examples of the zoom lens according to the present embodiment will be described. Hereinafter, the first and second numerical examples (Examples 1 and 2) will be described together. FIGS. 3 and 4A and 4B show specific lens data (Example 1) corresponding to the configuration of the zoom lens shown in FIG. FIGS. 5 and 6A and 6B show specific lens data (Example 2) corresponding to the configuration of the zoom lens shown in FIG. FIGS. 3 and 5 show basic data portions of the lens data of the embodiment. FIGS. 4A and 4B and FIGS. 6A and 6B show other various data. Is shown.
[0039]
In the column of the surface number Si in the lens data shown in each figure, the zoom lens of each embodiment has a code such that the surface of the component closest to the object side is the first, and the number increases sequentially toward the image side. The number of the i-th surface (i = 1 to 27 or 1 to 25) is shown. In the column of the radius of curvature Ri, the value of the radius of curvature of the i-th surface from the object side is shown in association with the reference symbol Ri given in FIGS. Also in the column of the surface distance Di, the distance on the optical axis between the i-th surface Si and the (i + 1) -th surface Si + 1 from the object side is shown corresponding to the reference numerals given in FIGS. The units of the values of the radius of curvature Ri and the surface interval Di are millimeters (mm). The column of ndi shows the value of the refractive index for the d-line (587.6 nm) between the i-th surface Si and the (i + 1) -th surface Si + 1 from the object side. The column of νdj shows the value of the Abbe number of the j-th (j = 1 to 14 or 1 to 13) lens element from the object side with respect to the d-line.
[0040]
FIGS. 4A and 6A show, as various data, the focal length (mm), the F-number (FNO.), And the F-number (FNO.) Of the entire system at the wide-angle end, in the intermediate range (intermediate focal length state) and at the telephoto end. Indicates the value of the angle of view 2ω (ω: half angle of view). In addition, the data of the surface interval (D7, D12, D17, D25 (FIG. 4A) or D7, D12, D15, D23 (FIG. 6A)) that is variable for zooming is also shown.
[0041]
In each lens data of FIGS. 3 and 5, a symbol “*” attached to the left side of the surface number indicates that the lens surface is aspheric. In the zoom lens of Example 1, both surfaces (the fourteenth surface and the fifteenth surface) of the first lens L31 in the third lens group G3 and both surfaces (the twenty-fourth surface and the fourth surface) of the fourth lens L44 in the fourth lens group G4. 25) is an aspherical shape. In the zoom lens of Example 2, both surfaces (the fourteenth surface and the fifteenth surface) of the first lens L31A in the third lens group G3 and both surfaces (the twenty-second surface and the fourth surface) of the fourth lens L44 in the fourth lens group G4. 23) has an aspherical shape. In the basic lens data, numerical values of the radius of curvature near the optical axis (paraxial region) are shown as the radius of curvature of these aspheric surfaces.
[0042]
In the numerical values of each aspherical surface data in FIG. 4B and FIG. 6B, the symbol “E” indicates that the next numerical value is an “exponent exponent” with a base of 10. Indicates that the value represented by the base exponential function is multiplied by the value before "E". For example, “1.0E-02” indicates “1.0 × 10 ⁻² ”.
[0043]
In each aspherical surface data, the value of each coefficient A _i , κ in the aspherical surface expression represented by the following expression (A) is described.
However,
h: Height in the direction perpendicular to the optical axis (mm)
X: length (mm) of a perpendicular line drawn from a point on the aspherical surface at a height h from the optical axis to a tangent plane (a plane perpendicular to the optical axis) of the apex of the aspherical surface
r: paraxial radius of curvature (mm)
κ: Conic coefficient A _i : i-th (i = 4, 6, 8, 10) aspherical coefficient
(Equation 1)

[0045]
FIG. 7 shows values corresponding to the above-described conditional expressions (1) to (4) for each embodiment. As shown in FIG. 7, the value of each embodiment is within the range of the conditional expressions (1) to (4).
[0046]
FIGS. 8A to 8C show spherical aberration, astigmatism, and distortion (distortion) at the wide-angle end in the zoom lens according to the first embodiment. 9A to 9C show spherical aberration, astigmatism, and distortion in an intermediate region (intermediate focal length state). FIGS. 10A to 10C show spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end. Each aberration diagram shows the aberration with the d-line as the reference wavelength, but the spherical aberration also shows the aberration in the near infrared region (880 nm). In the astigmatism diagram, the solid line shows the aberration in the sagittal direction, and the broken line shows the aberration in the tangential direction.
[0047]
11A to 11C (wide-angle end), FIGS. 12A to 12C (intermediate range), and FIGS. 13A to 13C (telephoto). End).
[0048]
As can be seen from the above lens data and aberration diagrams, in each example, a high zoom ratio of about 10 times was realized, and aberration correction was performed favorably from the visible region to the near infrared region. I have.
[0049]
The present invention is not limited to the above embodiment and each example, and various modifications can be made. For example, the values of the radius of curvature, the surface spacing, the refractive index, and the like of each lens component are not limited to the values shown in each of the numerical examples, and may take other values.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the zoom lens according to any one of claims 1 to 4, the first lens group having a positive refractive power and the second lens group having a negative refractive power are arranged in order from the object side. The zoom lens includes a lens group, a third lens group having a positive refractive power, and a fourth lens group having a positive refractive power, and performs zooming by moving the second lens group on the optical axis. A four-group type zoom lens configured to perform correction of an image plane variation by moving a fourth lens group on the optical axis, wherein the first lens group has a negative refractive power in order from the object side. A first lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, a third lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, and a convex lens having a convex surface facing the object side. A fourth lens having a positive refractive power and a fourth lens, First, since each of the conditional expressions (1) to (3) relating to the glass type of the first and second lenses is satisfied, and the glass type is appropriately selected, it is relatively bright, from the visible region to the near infrared region. A zoom lens with excellent aberration correction can be realized.
[0051]
In particular, according to the zoom lens of the second aspect, the ratio between the combined focal length f1 of the first lens unit and the focal length fw of the entire system at the wide-angle end satisfies the predetermined conditional expression (4). In particular, it is easy to make the lens system compact while suppressing the occurrence of chromatic aberration.
[0052]
In particular, according to the zoom lens of the fourth aspect, at least one of the third lens group and the fourth lens group includes an aspheric lens having at least one aspheric surface. As a result, it is particularly easy to correct spherical aberration, and a bright F-number can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a configuration example of a zoom lens according to an embodiment of the present invention, and is a lens cross-sectional view corresponding to Example 1.
FIG. 2 shows another example of the configuration of the zoom lens according to one embodiment of the present invention, and is a lens cross-sectional view corresponding to Example 2.
FIG. 3 is a diagram illustrating basic lens data of the zoom lens according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating various data of the zoom lens according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating basic lens data of a zoom lens according to a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating various data of the zoom lens according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating values of conditional expressions satisfied by a zoom lens according to each example.
FIG. 8 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, and a distortion at a wide angle end of the zoom lens according to the first embodiment.
FIG. 9 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion in an intermediate range (intermediate focal length state) of the zoom lens according to Example 1.
FIG. 10 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end of the zoom lens according to Example 1.
11 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, and a distortion at a wide-angle end of the zoom lens according to Example 2. FIG.
FIG. 12 is an aberration diagram showing a spherical aberration, an astigmatism, and a distortion in an intermediate range (intermediate focal length state) of the zoom lens according to Example 2.
FIG. 13 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end of the zoom lens according to Example 2.
[Explanation of symbols]
G1 first lens group, G2 second lens group, G3 third lens group, G4 fourth lens group, Lc cover glass, Z1 optical axis, L11 to L14, L21 to L23, L31, L33, L41 to L44: Lens.

Claims

In order from the object side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group having a positive refractive power, and a fourth lens having a positive refractive power With a group,
Zooming is performed by moving the second lens group on the optical axis, and correction of image plane variation accompanying the zooming is performed by moving the fourth lens group on the optical axis.
The first lens group includes, in order from the object side, a first lens having a negative refractive power, a second lens having a positive refractive power with the convex surface facing the object side, and a convex surface with the convex surface facing the object side. A fourth lens having a positive refractive power and a fourth lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side,
In addition, a zoom lens is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (3).
νd1 <45 (1)
nd2 <1.52 (2)
νd2> 63 (3)
However,
nd2: Refractive index νd of the second lens in the first lens group with respect to d-line: Abbe number νd2 of the first lens in the first lens group with respect to d-line: Abbe of the second lens in the first lens group with respect to d-line number

2. The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens is configured to satisfy the following conditional expression (4).
6 <f1 / fw <15 (4)
However,
f1: composite focal length of the first lens group fw: focal length of the entire system at the wide-angle end

The fourth lens group includes, in order from the object side, a first lens having a positive refractive power with a convex surface facing the object side, a biconcave second lens having a negative refractive power, and a positive refractive power. The zoom lens according to claim 1, wherein the zoom lens includes four lenses, a third lens having a power and a fourth lens having a positive refractive power.

The at least one lens group of the third lens group and the fourth lens group includes an aspheric lens having at least one aspheric surface. 4. The zoom lens according to any one of items 3 to 3.